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Modbus PLC攻击分析:从Modbus PollSlave到M340
2020-05-20 08:00:26

前言

工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制,如今已进入网络时代,工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus 就是工业控制器的网络协议中的一种。在2004年,中国国家标准委员会正式把Modbus作为了国家标准,开启了Modbus为中国工业通信做贡献的时代。

本文主要研究Modbus Poll/Salve模拟器的使用以及对Schneider(施耐德)PLC M340的连接测试,文中涉及一些测试思路可能存在不严谨之处,欢迎大家指正哈

协议介绍

Modbus一种应用层消息传递协议,位于OSI模型的第7级,提供在不同类型的总线或网络上连接的设备之间的客户端/服务器通信。Modbus传输方式包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型,协议本身并没有定义物理层,只是定义了控制器能够认识和使用的消息结构,通过对数据的校验来区分。文中均采用Modbus TCP协议来进行通信。

这里我主要介绍一下文中涉及的概念以及小伙伴们必须知道的Modbus的基础知识,详细的概念我就不展开介绍了,大家可以阅读:

https://www.freebuf.com/articles/ics-articles/148637.html

下表是由Modbus从设备提供给Modbus主设备的对象类型的表:

Object typeAccessSizeAddress Space
线圈CoilRead-write1 bit00001 - 09999
离散输入Discrete inputRead-only1 bit10001 - 19999
输入寄存器Input registerRead-only16 bits30001 - 39999
保持寄存器Holding registerRead-write16 bits40001 - 49999

模拟器介绍

要介绍Modbus的模拟器,就得从它的通信方式开始介绍了。Modbus使用一种简单的Master and Slave主从协议进行通信。客户机作为主站,向服务器发送请求;服务器(从站)接到请求后,对请求进行分析并作出应答。一般使用上,监控系统(HMI)都为Master,而PLC、电表、仪表等都为Slave。

所以,模拟器Modbus Poll就是Master,Modbus Slave就是Slave,和S7系列模拟器的Client和Server是一个道理。

下载链接:https://www.modbustools.com/download.html

模拟器连接

接下来就是实际连接啦,首先我们设置好我们虚拟的PLC(Modbus Slave),如下图所示:

1、 点开上方connection,选择了连接协议为Modbus TCP/IP

2、 默认地址为127.0.0.1无需设置,到时候Modbus Poll就连这个地址,其他的端口为502和Ipv4默认。

3、 ID默认为1,是Slave的设备地址,F=03代表03的功能码

4、 设置好一些供Poll读取的数据

如下图所示,这是Modbus Poll连接好Slave的示意图,也读取到了Slave中设置好的寄存器的值,其中Tx=112代表向PLC发送数据帧的次数,Err =0代表通讯错误次数,互相连接上之后就不会再出现No connection的红字。

因为Modbus能访问一条数据链路上的254个设备,Poll也支持读写同时来自不同设备的不同数据内容。下图显示了两个打开的窗口,从从站ID 1读取10个保持寄存器,从从站ID 2读取10个保持寄存器。

模拟器之间的连接就暂时只讲这么多,其实还有很多功能,例如读取输入寄存器和线圈、监控数据流量等,这些在接下来主要讲连接Schneider的PLC设备的时候具体说。

Modbus Poll 连接SchneiderM340

和西门子PLC需要编程软件博途一样,这次Schneider(施耐德)PLC在上位机部署的编程软件用的是EcoStruxure Control Expert 来连接M340设备,如下图所示:

Modicon M340是全球能效管理专家施耐德电气于2007年推出的高性能中型PLC平台,拥有“精巧、可靠、创新、易用、高性价比”等诸多新亮点,适用于中小型项目、复杂机械及过程装备,实验对象如下图所示:

首先我们先在编程软件上查看PLC的IP地址,用于Modbus Poll的连接:

接着我们通过之前的叙述了解到模拟器连接Slave(PLC)需要知道设备ID ,这个是连接的关键点,虽然大部分都会设置为1,但是还是需要特地查看一下:

然后我们选择读取AI:AnalogInput(模拟输入,输入寄存器)中的值,如下图所示:

最后通过对Modbus Poll设置好连接PLC的IP、ID以及Function进行设置,最终连接到M340的寄存器区域读取到数据。

总结

由上述可见,虽然Modbus 协议获得了广泛的应用,但是在实现具体的工业控制系统时,安全问题在却很少被注意到。首先,TCP /IP 协议自身存在的安全问题不可避免地会影响到工控网络安全,例如中间人攻击,拒绝服务等攻击手段都会影响到Modbus系统安全,还有Modbus本身缺少身份认证,功能码滥用等问题都需要注意。这些安全问题都需要通过安全设计、安全审计和入侵防御等安全措施进一步深入的解决。

本篇文章是对Modbus PLC基础性的研究,主要关于模拟器的使用以及连接使用PLC的一些基本概念。后续会对Schneider PLC进行更深入的探讨,主要关于Modbus专属的Smod渗透框架研究以及Modbus流量分析等。

*本文作者:黄一113530,转载请注明来自FreeBuf.COM

本文作者:, 属于FreeBuf原创奖励计划,未经许可禁止转载

# 攻击分析 # 工业控制 # Modbus PLC
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